Gliwicka firma KP Labs, zajmującą się rozwojem zaawansowanych technologii dla sektora kosmicznego „NewSpace”, buduje satelitę Intuition-1, który dzięki innowacyjnym rozwiązaniom z zakresu sztucznej inteligencji oraz specjalnie przygotowanemu komputerowi pokładowemu o nazwie Leopard, zautomatyzuje i przyspieszy proces pozyskiwania zdjęć na orbicie – będą one od razu analizowane na pokładzie satelity.
Komputer Leopard jest wykorzystywany w ramach projektu realizowanego przez firmę Global Spatial Technology Solutions (GSTS) dla Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej (CSA). Zadanie to obejmuje opracowanie technologii wykorzystującej wizję komputerową i sztuczną inteligencję dla podejmowania lepszych decyzji podczas operacji w przestrzeni kosmicznej, która zostanie zastosowana np. w lądownikach badawczych, łazikach czy systemach obserwacji Ziemi. Docelowo Leopard zostanie wyniesiony na orbitę pod koniec 2022 roku na pokładzie satelity Intuition-1 wraz z sensorem hipespektralnym i dzięki algorytmom umożliwi przetwarzanie danych w kosmosie.
„Jesteśmy małym przedsiębiorstwem (50 osób) o ogromnych aspiracjach” – mówi Michał Zachara, dyrektor operacyjny KP Labs. „Chcemy stać się wiodącą firmą dostarczającą rozwiązania z zakresu sztucznej inteligencji na rynek europejski. Po latach pracy koncepcyjnej i testów stoimy na ostatniej prostej do osiągniecia celu, na który od dawna czekamy – sprawienia, że nasze rozwiązania zadziałają w przestrzeni kosmicznej (już za dwa lata na satelicie Inuition-1). Dodatkowo cały czas walczymy o nowe projekty dla światowych agencji kosmicznych i mamy nadzieję, że w przyszłym roku uda się uruchomić kilka ciekawych inicjatyw. Jedną z nich może być misja PhiSat-2, do której zostaliśmy wybrani spośród dziesiątek innych firm europejskich. Ma ona na celu udowodnienie, że przetwarzanie danych na orbicie jest najlepszą drogą do usprawnienia procesów obserwacji Ziemi” – dodaje.
Satelita Intuition-1
Celem misji kosmicznej Intuition-1 jest obserwacja Ziemi za pomocą satelity wyposażonego w hiperspektralny instrument optyczny oraz komputer pokładowy umożliwiający zaawansowane przetwarzanie danych, które odbywa się przy wykorzystaniu konwolucyjnych sieci neuronowych. Leopard zaopatrzono w programowalne układy logiczne FPGA, które w połączeniu ze sztuczną inteligencją umożliwiają wydobycie ze zdjęć hiperspektralnych kluczowych informacji i przesył na Ziemię obrobionych już danych. Zastosowane technologie zwiększają ich przepustowość, aż do 3 bilionów operacji na sekundę , co umożliwia ich kompresję oraz klasyfikację w czasie rzeczywistym.
Według założenia specjalistów KP Labs, superkomputer na pokładzie Intuition-1 pozwoli na segmentację oraz klasyfikację obrazów hiperspektralnych jeszcze na orbicie – dzięki temu powinna być możliwa co najmniej 100-krotna redukcja ilości danych przesyłanych do stacji naziemnej. Przyczyni się to również do skrócenia czasu dostępu użytkownika końcowego do istotnych dla niego informacji pozyskanych przez satelitę. Dla przykładu pojedyncze, nieprzetworzone zdjęcie hiperspektralne zajmuje 2 GB, a transfer danych do stacji naziemnej to 50 Mb/s – przesyłanie jednego zdjęcia na Ziemię może więc zająć więc ok 7 minut, podczas gdy długość sesji komunikacyjnej przeciętnie trwa od 5–10 minut.
Dodajmy, że obrazowanie hiperspektralne to technika rejestracji obrazu będąca uogólnieniem fotografii barwnej na pełną przestrzeń barw w zakresie światła widzialnego, a także mikrofal, dalekiej i bliskiej podczerwieni oraz ultrafioletu. Obraz wielospektralny składa się z wielu kanałów będących uogólnieniem kanałów barw podstawowych: R (red), G (green) i B (blue) na dowolne zakresy spektralne.
Zastosowanie rozwiązania
Dane przetworzone w sposób zaproponowany przez KP Labs znajdą zastosowanie w wielu sektorach, np. rolnictwie (klasyfikacja pokrycia gruntów, prognoza plonów, mapy upraw, mapy gleb, detekcja chorób roślin, śledzenie biomasy, mapowanie chwastów), leśnictwie (klasyfikacja lasów, określanie gatunków i stanu zdrowia lasów, planowanie zalesiania) czy ochrona środowiska (mapy emisji zanieczyszczeń, mapy zanieczyszczeń wód i gleby, zarządzanie i analiza zagospodarowania gruntów).
Sam Intuition-1 będzie satelitą klasy 6U, w kształcie prostopadłościanu o wymiarach 10x20x30 cm, a jego waga w przybliżeniu wyniesie 10 kg. Stacja naziemna do prowadzenia komunikacji z przyszłym satelitą powstanie w Gliwicach, w miejscu, gdzie aktualnie znajduje się jedna z dwóch stacji naziemnych do komunikacji z satelitą PW-Sat2. Umieszczenie na orbicie satelity nastąpić ma na przełomie 2022 i 2023 roku. Z kolei w przyszłym roku w siedzibie spółki w Gliwicach planowane jest otwarcie Centrum Badawczo-Rozwojowego, którego specjalistyczne laboratoria umożliwią tworzenie zaawansowanych komponentów dla małych satelitów o masie poniżej 100 kg.
Inne projekty
Gliwicka firma od 2016 roku prowadzi działalność badawczo-rozwojową w zakresie wykorzystania oprogramowania, w tym sztucznej inteligencji oraz budowy komputerów na potrzeby przemysłu kosmicznego. W tym roku znalazła się w ścisłym gronie trzech firm ubiegających się o Nagrodę Gospodarczą Prezydenta RP w kategorii „Startup roku” – spółka została nominowana do tego wyróżnienia przez Polską Agencję Kosmiczną. Obecnie 50-osobowy zespół realizuje kilka projektów, prowadzonych samodzielnie i w kooperacji z podmiotami krajowymi oraz zza granicy (m.in. z Włoch, Wielkiej Brytanii, Norwegii czy Luksemburga). Najważniejsze z nich to:
- Antylopa. Celem projektu jest opracowanie komputera pokładowego do sterowania działaniami satelity. Będzie on wykorzystywał sztuczną inteligencję do przewidywania awarii, które mogą negatywnie wpłynąć na działanie satelity, zanim dojdzie do usterki.
- ɸ-sat-2. W roli partnera KP Labs weźmie udział w misji satelitarnej polegającej na wykorzystaniu nowej generacji Sztucznej Inteligencji (AI) dla potrzeb Europejskiej Agencji Kosmicznej – ESA. Misja ta objąć ma szeroki zakres zastosowań AI, w tym: przekształcanie obrazu satelitarnego w mapę drogową, wykrywanie chmur w celu zmniejszenia ilości danych, które mają być przesyłane na ziemię, autonomiczne wykrywanie i klasyfikowanie statków morskich, a także monitorowanie lasów i wykrywanie anomalii. Innowacyjny satelita ɸ-sat-2 ma być gotowy do wystrzelenia w 2022 roku.
- BEETLES. Celem projektu jest wdrożenie, ocena, poprawa i integracja algorytmów oraz technik tworzenia głębokich sieci neuronowych, do skutecznej segmentacji obrazów hiperspektralnych. Działania te poprawić mają jakość wyników analizy danych na pokładzie Intuition-1 i podobnych satelitów.
- RedKyte. Podstawą prowadzonych badań jest wykorzystanie wizji komputerowej umożliwiające autonomiczne podejmowanie decyzji w wielu aplikacjach i platformach kosmicznych takich, jak łaziki, lądowniki i pojazdy serwisowe, ułatwiające podejmowanie złożonych decyzji.
- Quasar. Głównym celem projektu jest opracowanie metody pozwalającej na przeprogramowanie jednostek przetwarzających telekomendy i dane telemetryczne w satelitach, poprzez implementację krytycznych funkcji i algorytmów bezpieczeństwa w reprogramowalnym na orbicie układzie FPGA. Polega więc na opracowaniu technologii odpornej na ataki z wykorzystaniem technologii kwantowych, zapewniając bezpieczeństwo całej misji.
Obecnie KP Labs rozwija również tzw. Smart Mission Ecosystem, składający się z algorytmów, oprogramowania i sprzętu satelitarnego, obniżającego koszty operacyjne misji oraz redukujący czas, dzięki czemu przestrzeń kosmiczna będzie bardziej dostępna. Ma to znacznie dla organizacji szukających rozwiązań pozwalających zautomatyzować ich misje, ale także sektora publicznego, poszukującego rozwiązań przyspieszających przesył danych do stacji naziemnych. „Wierzę, że rozwiązania z zakresu sztucznej inteligencji wspomogą eksplorację kosmosu, w której autonomia poszczególnych rozwiązań pozwoli w przyszłości radzić sobie z coraz większą złożonością scenariuszy i odkrywać tajemnicze światy” – podsumowuje Michał Zachara.
